Operações unitárias 2 - Colunas de destilação

Iremos analisar mais a fundo o caso em que ocorre fluxo cruzado, fazendo o uso de pratos perfurados na coluna de destilação, em que o vapor flui em direção ao topo através de perfurações na placa e o líquido fica retido na placa devido ao fluxo de vapor. Geralmente, as perfurações são de pequeno tamanho, mas podem também ser utilizadas perfurações maiores. Para que tenhamos uma coluna de destilação com eficiência razoável, o escoamento de líquido e vapor na coluna deve ocorrer de maneira que seja favorecido o contato entre as fases. Caso ocorram vazões extremamente elevadas ou exageradamente baixas de vapor ou líquido, existe a possibilidade de que tenhamos problemas típicos de funcionamento como flooding (inundação), weeping (“choro”) e entrainment (arraste de líquido).

O limite superior em que deve ocorrer o fluxo de vapor é definido através da condição de flooding. Vazões mássicas Topo: R = 1,604438266 (Do trabalho 1) D = 3,171 Kg/s L = R * D = 1,604438266 * 3,171 L = 5,087673742 Kg/s Em posse de D fornecido no enunciado e L calculado em função da razão de refluxo, podemos encontrar V. V = L + D = 5,087673742 + 3,171 V = 8,258673742 Kg/s MM1 = 157,01 g/mol MM2 = 100,1580 g/mol Conversão para vazão molar: Fundo: F = 3,584359 Kg/s L’= 8,672033 Kg/s V’= 8,258674 Kg/s = 0,5166 = 0,4927 = 66,95 mol/s = 64,44 mol/s 4. Estipulando o espaço entre os pratos O tamanho da coluna de destilação esta diretamente ligado com o espaço entre os pratos da coluna, normalmente nos projetos são usados espaços entre os pratos que variam entre 0,15m até 1m, em que os fatores que definem esse espaço são o diâmetro da coluna e as condições de operação.

Sendo assim para este trabalho utilizou o padrão normalmente estipulado de 0,45m. Massa específica de vapor Em posse das temperaturas de topo e fundo obtidas no trabalho 1 bem como as massas molares dos componentes e com o auxílio do HYSYS, obteve-se as massas específicas nas condições de operação da coluna encontrada na primeira parte do trabalho. Logo, 0,0747 0,07023 Através do parâmetro C calculado acima, é possível calcular a velocidade máxima de inundação (uf) utilizando a equação abaixo. Sabendo que V, com e ρv calculados, e sabendo que tipicamente a fração de alagamento, f, é tida como igual a 0,8 seguimos com o cálculo do diâmetro da coluna partindo-se das seguintes considerações: Aplica-se então o obtido na fórmula abaixo, obtendo assim o diâmetro da coluna, : 1,77m 2,08m Como o maior diâmetro encontrado ao se utilizar os valores de topo e fundo foi o de fundo, escolheu-se este para ser utilizado.

Seleção do arranjo da coluna ==0,00767 Pelo gráfico, o arranjo deve ser em fluxo cruzado. Dimensionamento dos pratos Encontrado o diâmetro da coluna e considerando-se o mesmo como diâmetro de secção transversal, temos que: 2,08m Área de secção transversal: = 3,396 , logo, =0,3396 Aa = A - 2Ad AA= 2,7168 Como estimativa inicial, a área total dos buracos ativos deve ser 10% da área ativa. Ah= 0,271 Estimando o tamanho de buraco conforme a literatura, este deve estar entre 2,5 e 12 mm. Cálculo da porcentagem de inundação baseado na área de grade (An) An = A - Ad An = 3,0564 %inundação = 0,61 4. Verificação do arraste Com % de inundação e FLV, através do gráfico abaixo somos capazes de verificar se temos um valor razoável para a fração de arraste ( Encontramos um , e como este valor é menor que 0,1, temos uma fração de arraste aceitável.

Resultados Obtidos Verificou-se que todos de parâmetros de projeto como velocidade de operação do vapor, distanciamento dos orifícios dos pratos, distância dos pratos, altura de coluna, diâmetro de coluna, etc apresentaram valores aceitáveis para a operação à nível de uma indústria química, sendo capaz de operar nas condições desejadas e de fornecer o produto de topo na pureza almejada. Sugestões O método de Mc Cabe Thiele utilizado na primeira parte do trabalho pode não ser o mais robusto a ser considerado em um projeto de coluna de destilação de pratos devido a algumas de suas aproximações e considerações que acabam distanciando a análise da realidade. Porém, o método pode se demonstrar efetivo para projetos conceituais e até mesmo para estimativas iniciais de projetos mais aprofundados.

The properties of gases and liquids, 5a Edição, 2001, P. J. D. Seader, E. J. SINNOTT, R. Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of plant and process design, Elsevier Butterworth-Heinemann, 2008.